氨基酸手性拆分研究进展(1)
摘要：氨基酸广泛应用于医药、食品及化妆品等行业。大多数氨基酸含有手性中心，存在D型和L型对映异构体。这两种异构体的生理作用多数情况下是不同或完全相反的。人工合成的氨基酸大多为外消旋体，必须手性拆分。本文综合国内外最新研究成果，对氨基酸拆分技术做了较系统综述。
关键词：氨基酸；手性拆分；研究进展
中图分类号：Q517 文献标识码：A 文章编号：1672-979X(2012)01-0060-05
氨基酸是组成蛋白质的基本单元，广泛用于医药食品及化妆品等行业。大多数氨基酸含有手性中心，存在生理活性不相同的D型和L型两种对映异构体。其中，L-氨基酸能被人体直接利用，D-氨基酸则须在体内转化为L型后才被吸收利用。不同种类的D-氨基酸，其在体内转化的数量及程度是有差异的，如果超过该种氨基酸的转化极限就会引起D-氨基酸中毒。人工合成氨基酸多为外消旋氨基酸，如何高效获得高光学纯的氨基酸对映异构体对生产相关药品及食品具有重要意义。本文从化学拆分法、手性膜拆分法、色谱拆分法，酶拆分法、诱导结晶法和提取拆分法等综述氨基酸拆分技术的最新进展。
, 百拇医药
1.化学拆分法
化学拆分法是研究最早的用于拆分光学异构体的方法之一，其机制、工艺最为成熟，多年来一直被企业广泛采用并批量生产。氨基酸的化学拆分原理如下：将外消旋氨基酸与拆分剂作用生成两种非对映异构体的氨基酸衍生物(如氨基酯，酰胺或盐)，利用非对映体物理化学性质的差异(通常为溶解度差异)分离，最后除去拆分剂，分别获得D-氨基酸和L-氨基酸。
化学拆分法中，拆分剂的选择是影响拆分收率及产品光学纯度的重要因素。目前常用于外消旋氨基酸的拆分剂有酒石酸、樟脑磺酸、扁桃酸及其衍生物等。如Yamada等用D-3，溴化樟脑磺酸(D-3-bromocamphor-8-sulfonicacid，D-BCS)作为拆分剂，拆分(d1)-对羟基苯甘氨酸，通过酸碱调节pH值，在pH 4.0时析出D-对羟基苯甘氨酸，收率可达92%。程菲利用D-二对甲基苯甲酰酒石酸拆分(d1)-苯丙氨酸、(d1)-对氯苯丙氨酸和(d1)-对溴苯丙氨酸，得到的D-型产物产率均可达85%以上，光学纯度达90%以上。Yoshioka等用(S)-(-)-1-苯乙磺酸作拆分剂，在乙腈溶液中与(d1)-缬氨酸形成非对映体盐，拆分得到D-缬氨酸，拆分收率70%，光学纯度90%。李叶芝等以新型拆分剂R-四氢噻唑2-硫酮-4-羧酸[R-(-)thiazolidine-2-thione-4-carboxylicacid，(R)-(-)-TTCA]手性拆分多种(d1)-氨基酸酯，得到(R)-TTCA-氨基酸酯盐及光学活性氨基酸酯，其光学纯度为35.4%-75.8%，同时通过水解(R)-TTCA-氨基酸酯盐得到另一种对映体，光学纯度为39.50%-69.10%。化学拆分法作为最常用的拆分方法，其局限性也较明显，如拆分剂和溶剂的选择较盲目，拆分的产率和产品的旋光纯度不高，适用于手性拆分的氨基酸的种类不多等。近年，随着主一客体化学的深入研究开发的包结拆分法在一定程度上弥补了经典成盐拆分法的不足。包结拆分法的基本原理是利用手性的主体分子(host molecule]通过弱分子间的作用力，如氢键或分子间π-π作用力，选择性地与外消旋客体分子(guest molecule)中的一个对映异构体形成稳定的超分子配合物(包结复合物，inclusion complex)而析出，达到使对映异构体分离的目的，如图2所示。吴划方利用(R)-1，1’-联二萘酚包结拆分链状L-氨基酸的N-手性季铵盐，得到两种对映异构体的比例约为1.58：1，拆分效果较好。
, 百拇医药
2.膜拆分法
膜拆分法即膜分离法，其机制类似于采用手性配体交换色谱法拆分外消旋氨基酸，主要依赖氨基酸对映异构体与溶液中的金属阳离子及载有手性选择体的固定相形成三元配合物的稳定性差异。通常L-氨基酸形成的配合物比D-氨基酸稳定，故可将待拆分的氨基酸外消旋体选择性地吸附于手性渗透膜上，然后脱吸附，通过浓度差驱动将被吸附的氨基酸扩散至溶液中。根据拆分膜的状态，可分为固体膜拆分和液膜拆分两种。
液膜拆分法是利用液膜对氨基酸的某一对映异构体有比其他对映体更强的亲和力，基于选择性提取的原理达到拆分外消旋体的目的。液膜可分为支撑液膜(supported liquid membrane，SLM)、厚体液膜(bulkliquid membrane，BLM)和乳化液膜(emulsified liquidmembrane，ELM)。
Breccia等在BLM膜的U型管单元中以胍盐为选择剂，拆分(d1)-色氨酸和(d1)-苯丙氨酸，光学收率可达80%。Pickering等用乳液膜选择性地分离苯丙氨酸，用铜(II)-N-癸-1-羟脯氨酸作手性选择剂，最佳拆分因子为2.4。龙远德等制备了一种新型的以L-脯氨酸为手性选择子的透过膜，考察了对(d1)-酪氨酸，(d1)-苯丙氨酸和(d1)-色氨酸的拆分，光学收率分别为40%，30%和50%。
, http://www.100md.com
固体膜拆分法是基于液膜的不稳定性发展起来的，用于外消旋氨基酸拆分的手性固体膜种类很多，总体上可以分为天然高分子膜和合成高分子膜两类。
Maruyama制备了有两亲性侧链的a-螺旋链聚氨基酸衍生物作为手性膜材料，利用这种膜成功地拆分了酪氨酸和色氨酸。Kim等最近用海藻酸钠和脱乙酰壳多糖分别与戊二醛交联生成的复合物作为膜材料，拆分外消旋的色氨酸和酪氨酸，光学纯度达98%以上。Bmggemann等以聚丙烯膜孔内的聚合物作为分子识别位点，用这种分子印迹聚合物膜拆分N-苄氧羰基-(d1)-酪氨酸外消旋体，发现N-苄氧羰基L-CBZ-酪氨酸的扩散通过膜的速度大于N-苄氧羰基D-酪氨酸，达到手性拆分的目的。王晶石等用由B-环糊精、聚丙烯酸和聚乙烯醇构成的手性阳离子交换膜分离(d1)-苯甘氨酸，其中D-苯甘氨酸优先通过该交换膜从而起到分离效果，膜的分离系数1.20左右。
3.色谱拆分法
色谱法的拆分原理：溶于流动相的各组分经过固定相时，由于与固定相发生作用(吸附、分配、离子吸引、排阻、亲和)的大小、强弱不同，在固定相中滞留时间不同，从而先后从固定相中流出，达到拆分的效果。色谱拆分法主要包括高效液相色谱法(HPLC)、手性配体交换色谱法(LEC)、气相色谱法(GC)、高效毛细管电泳色谱法(HPCE)及超临界流体色谱法(SFC)等。由于色谱法具有高效能、选择性好、灵敏度高、操作简单等特点，成为发展最快、研究最多的一种方法。就氨基酸手性拆分研究而言目前应用较多的主要是HPLC和HPCE拆分法。
HPLC拆分法一般分为直接法和间接法。采用间接法时，对映体首先与光学纯手性化合物进行化学反应生成一, 百拇医药(胡建强 黄志平 李晶)
关键词：氨基酸；手性拆分；研究进展
中图分类号：Q517 文献标识码：A 文章编号：1672-979X(2012)01-0060-05
氨基酸是组成蛋白质的基本单元，广泛用于医药食品及化妆品等行业。大多数氨基酸含有手性中心，存在生理活性不相同的D型和L型两种对映异构体。其中，L-氨基酸能被人体直接利用，D-氨基酸则须在体内转化为L型后才被吸收利用。不同种类的D-氨基酸，其在体内转化的数量及程度是有差异的，如果超过该种氨基酸的转化极限就会引起D-氨基酸中毒。人工合成氨基酸多为外消旋氨基酸，如何高效获得高光学纯的氨基酸对映异构体对生产相关药品及食品具有重要意义。本文从化学拆分法、手性膜拆分法、色谱拆分法，酶拆分法、诱导结晶法和提取拆分法等综述氨基酸拆分技术的最新进展。
, 百拇医药
1.化学拆分法
化学拆分法是研究最早的用于拆分光学异构体的方法之一，其机制、工艺最为成熟，多年来一直被企业广泛采用并批量生产。氨基酸的化学拆分原理如下：将外消旋氨基酸与拆分剂作用生成两种非对映异构体的氨基酸衍生物(如氨基酯，酰胺或盐)，利用非对映体物理化学性质的差异(通常为溶解度差异)分离，最后除去拆分剂，分别获得D-氨基酸和L-氨基酸。
化学拆分法中，拆分剂的选择是影响拆分收率及产品光学纯度的重要因素。目前常用于外消旋氨基酸的拆分剂有酒石酸、樟脑磺酸、扁桃酸及其衍生物等。如Yamada等用D-3，溴化樟脑磺酸(D-3-bromocamphor-8-sulfonicacid，D-BCS)作为拆分剂，拆分(d1)-对羟基苯甘氨酸，通过酸碱调节pH值，在pH 4.0时析出D-对羟基苯甘氨酸，收率可达92%。程菲利用D-二对甲基苯甲酰酒石酸拆分(d1)-苯丙氨酸、(d1)-对氯苯丙氨酸和(d1)-对溴苯丙氨酸，得到的D-型产物产率均可达85%以上，光学纯度达90%以上。Yoshioka等用(S)-(-)-1-苯乙磺酸作拆分剂，在乙腈溶液中与(d1)-缬氨酸形成非对映体盐，拆分得到D-缬氨酸，拆分收率70%，光学纯度90%。李叶芝等以新型拆分剂R-四氢噻唑2-硫酮-4-羧酸[R-(-)thiazolidine-2-thione-4-carboxylicacid，(R)-(-)-TTCA]手性拆分多种(d1)-氨基酸酯，得到(R)-TTCA-氨基酸酯盐及光学活性氨基酸酯，其光学纯度为35.4%-75.8%，同时通过水解(R)-TTCA-氨基酸酯盐得到另一种对映体，光学纯度为39.50%-69.10%。化学拆分法作为最常用的拆分方法，其局限性也较明显，如拆分剂和溶剂的选择较盲目，拆分的产率和产品的旋光纯度不高，适用于手性拆分的氨基酸的种类不多等。近年，随着主一客体化学的深入研究开发的包结拆分法在一定程度上弥补了经典成盐拆分法的不足。包结拆分法的基本原理是利用手性的主体分子(host molecule]通过弱分子间的作用力，如氢键或分子间π-π作用力，选择性地与外消旋客体分子(guest molecule)中的一个对映异构体形成稳定的超分子配合物(包结复合物，inclusion complex)而析出，达到使对映异构体分离的目的，如图2所示。吴划方利用(R)-1，1’-联二萘酚包结拆分链状L-氨基酸的N-手性季铵盐，得到两种对映异构体的比例约为1.58：1，拆分效果较好。
, 百拇医药
2.膜拆分法
膜拆分法即膜分离法，其机制类似于采用手性配体交换色谱法拆分外消旋氨基酸，主要依赖氨基酸对映异构体与溶液中的金属阳离子及载有手性选择体的固定相形成三元配合物的稳定性差异。通常L-氨基酸形成的配合物比D-氨基酸稳定，故可将待拆分的氨基酸外消旋体选择性地吸附于手性渗透膜上，然后脱吸附，通过浓度差驱动将被吸附的氨基酸扩散至溶液中。根据拆分膜的状态，可分为固体膜拆分和液膜拆分两种。
液膜拆分法是利用液膜对氨基酸的某一对映异构体有比其他对映体更强的亲和力，基于选择性提取的原理达到拆分外消旋体的目的。液膜可分为支撑液膜(supported liquid membrane，SLM)、厚体液膜(bulkliquid membrane，BLM)和乳化液膜(emulsified liquidmembrane，ELM)。
Breccia等在BLM膜的U型管单元中以胍盐为选择剂，拆分(d1)-色氨酸和(d1)-苯丙氨酸，光学收率可达80%。Pickering等用乳液膜选择性地分离苯丙氨酸，用铜(II)-N-癸-1-羟脯氨酸作手性选择剂，最佳拆分因子为2.4。龙远德等制备了一种新型的以L-脯氨酸为手性选择子的透过膜，考察了对(d1)-酪氨酸，(d1)-苯丙氨酸和(d1)-色氨酸的拆分，光学收率分别为40%，30%和50%。
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固体膜拆分法是基于液膜的不稳定性发展起来的，用于外消旋氨基酸拆分的手性固体膜种类很多，总体上可以分为天然高分子膜和合成高分子膜两类。
Maruyama制备了有两亲性侧链的a-螺旋链聚氨基酸衍生物作为手性膜材料，利用这种膜成功地拆分了酪氨酸和色氨酸。Kim等最近用海藻酸钠和脱乙酰壳多糖分别与戊二醛交联生成的复合物作为膜材料，拆分外消旋的色氨酸和酪氨酸，光学纯度达98%以上。Bmggemann等以聚丙烯膜孔内的聚合物作为分子识别位点，用这种分子印迹聚合物膜拆分N-苄氧羰基-(d1)-酪氨酸外消旋体，发现N-苄氧羰基L-CBZ-酪氨酸的扩散通过膜的速度大于N-苄氧羰基D-酪氨酸，达到手性拆分的目的。王晶石等用由B-环糊精、聚丙烯酸和聚乙烯醇构成的手性阳离子交换膜分离(d1)-苯甘氨酸，其中D-苯甘氨酸优先通过该交换膜从而起到分离效果，膜的分离系数1.20左右。
3.色谱拆分法
色谱法的拆分原理：溶于流动相的各组分经过固定相时，由于与固定相发生作用(吸附、分配、离子吸引、排阻、亲和)的大小、强弱不同，在固定相中滞留时间不同，从而先后从固定相中流出，达到拆分的效果。色谱拆分法主要包括高效液相色谱法(HPLC)、手性配体交换色谱法(LEC)、气相色谱法(GC)、高效毛细管电泳色谱法(HPCE)及超临界流体色谱法(SFC)等。由于色谱法具有高效能、选择性好、灵敏度高、操作简单等特点，成为发展最快、研究最多的一种方法。就氨基酸手性拆分研究而言目前应用较多的主要是HPLC和HPCE拆分法。
HPLC拆分法一般分为直接法和间接法。采用间接法时，对映体首先与光学纯手性化合物进行化学反应生成一, 百拇医药(胡建强 黄志平 李晶)